Revista de la Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

Herramientas, Métodos y Técnicas en la Ingeniería

Desin of a tool for monitoring and analysis of efficiency of links ADSL

El presente trabajo se centra en el diseño de un software para la adquisición, análisis y registro de parámetros ADSL de las líneas telefónicas, para el estudio y monitoreo de eficiencia del servicio de internet, en función de la relación señal a ruido, atenuación de la línea, entre otros. Ante la creciente necesidad de instrumentos para el análisis de los mencionados parámetros, se propuso el desarrollo de una herramienta para el diagnóstico de los enlaces ADSL, a través de los módems implementados, ya que estos poseen funciones especiales que permiten la medición de los mencionados parámetros y los cuales pueden ser monitoreados incluso de forma remota. En este sentido, se desarrolló una herramienta, bajo software libre, para la adquisición, análisis y manejo de datos asociados con el enlace consultado, usando para ello una metodología modular; es decir, que la herramienta puede ser escalada para la incorporación de nuevos modelos de módems y hardware para complementar la aplicación, todo esto proporcionará una alternativa para analizar el estado de la los enlaces ADSL y en un futuro el control de los parámetros para optimizar el rendimiento de las líneas configurando los transmisores para mejorar la eficiencia de los enlaces, siendo una herramienta versátil para fines didácticos y operativos.

This work focuses on the design of software for the acquisition, analysis and recording of parameters of ADSL telephone lines, for the study and monitoring of Internet service efficiency, depending on the signal to noise, line attenuation, among others factors. With the increasing need of instrumentation for the analysis of such parameters, it was suggested to develop a diagnostic tool for the ADSL link, through the modems implemented since these have special features allowing the measurement of the mentioned parameters and which can even be remotely monitored. To this aim, a tool was developed under free software standard for the acquisition, analysis and management of data associated to the link selected, using a modular approach, i.e., the tool can be scaled to incorporate new modem models and hardware to enhance the application. Such considerations will provide an alternative for analyzing the state of the ADSL links and, in the future, control the parameters to optimize the link performance, by configuring the transmitter lines to improve the efficiency of the links, as well as being a versatile tool for teaching and operational purposes.

Desin of a transer system and image processing on a FPGA

En el presente trabajo se describe el diseño de un sistema de transferencia y procesamiento de imágenes entre un ordenador personal y un kit de desarrollo Nexys2 de la compañía Digilent. Para su realización se analizan los referentes teóricos relacionados con el procesamiento de imágenes y con el kit mencionado, de manera que se puedan implementar los diseños necesarios para lograr la aplicación deseada. La investigación realizada propone el uso de un software residente en el ordenador para la transferencia de las imágenes y la toma de decisiones sobre las mismas, mientras que los módulos implementados mediante el lenguaje VHDL en el FPGA (embebida en el kit Nexys2) realizan el procesamiento. El desarrollo de esta investigación permite obtener una plataforma eficiente, flexible y de bajo costo para el procesamiento de imágenes. El resultado obtenido en esta investigación es de gran importancia desde el punto de vista didáctico, pues permite mostrar las ventajas de un dispositivo FPGA y puede motivar a que se desarrollen nuevas arquitecturas de procesamiento de imágenes, sin tener que volver a construir la interfaz de comunicación entre el ordenador y el kit de desarrollo, que puede ser laborioso.

This paper describes the design of a transfer and image processing system between a PC and a Digilent Nexys2 development kit. To this aim, we analyze the theoretical framework and the aforementioned kit, so that it is possible to implement the designs needed to achieve the desired application. The research proposes the use of computer resident software for transferring images and making decisions on them, while the modules VHDL implemented in the FPGA (embedded in Nexys2 kit) perform the processing. The development of this research allows for an efficient and flexible platform, along with a low-cost image processing. The result obtained in this research is of great importance from the educational point of view since it can show all of the advantages of an FPGA and can encourage the development of new image processing architectures without having to build the interface communication between the computer and the development kit, a fact that could be laborious.

Non-parametric ranking in multi-indicator processes using HASSE diagrams and partially ordered sets: Enineering applicarions

El artículo presenta la aplicación de dos enfoques no paramétricos que permiten jerarquizar procesos a partir de los múltiples indicadores que los caracterizan: el diagrama de Hasse y la teoría de conjuntos parcialmente ordenados. Procesos como la evaluación de un conjunto de proyectos de ingeniería, pueden ser caracterizados por diversos atributos o indicadores que miden aspectos técnicos, financieros, sociales y ambientales, entre otros. A diferencia de otras técnicas que buscan determinar una valor agregado de calidad para cada proceso, mediante el uso de información subjetiva, las técnicas no paramétricas no requieren información adicional y permiten realizar un análisis a priori para: a) evaluar si es posible definir una única jerarquía en forma natural; b) si existen jerarquías en determinados subconjuntos de objetos; o c) si es necesario utilizar algún método que permita realizar la jerarquización únicamente mediante la información de la matriz de múltiples indicadores. Las técnicas seleccionadas se ilustran en tres ejemplos relacionados con el área de la ingeniería.

This paper presents the application of two non-parametric approaches allowing the ranking of processes characterized by a multi-indicator matrix: the Hasse diagram and the partial order set theory. Processes like the assessment of engineering projects, are described by a set of technical, financial, social and environmental attributes, among others. While parametric techniques try to determine an aggregate value for each process using subjective information, non-parametric approaches do not require additional information allowing an a priori analysis for: a) assessing if it is possible to define a unique natural ranking; b) determining if there are set of objects that could be partially ranked; or c) applying selected techniques for determine a ranking based only in the information provided by a multi-indicator matrix. The selected approaches are illustrated in three examples, related to engineering problems.

Design and construction of a prototype for the demostration of the field dynamic calancing of cantilever rigid rotors

Este reporte presenta una contribución importante para la enseñanza teórico-práctica del procedimiento de balanceo dinámico de campo de rotores rígidos en voladizo. Para lograr esta meta fue necesario el diseño y la construcción de un prototipo de poco peso y fácil de transportar. Para el análisis de la vibración se utilizó un instrumento que sólo permite el balanceo en un plano, razón por la cual se usó en conjunto con una mini-computadora y un programa de balanceo en dos planos. El sistema atípico empleado por tal instrumento para la medición de la fase hizo indispensable la conversión a un sistema más común.

This report presents an important contribution to theoretical-practical teaching for the procedure of dynamic field balancing of cantilever rigid rotors. To attain this goal, it was necessary to design and building a prototype of little weight and ease transportation. The vibration analysis was performed using an instrument that only allows a single plane balancing. For this reason, a mini-computer and a two plane balancing program were also used. The atypical system used by such instrument for the phase measurement required the conversion to a more common system.

Seismic and petrophysical inversion using the optimization method

En este proyecto se aplica una técnica de inversión, de amplitudes sísmicas que vincula propiedades del medio de propagación mediante un modelo petrofísico calibrado con registros de pozo. Nuestro método permite la estimación conjunta de parámetros de reservorio y elásticos del medio, tales como: saturación de agua, contenido de arcilla, porosidad, velocidad compresional, velocidad de cizalla y densidad de masa. Para la resolución del problema de inversión, se formuló una función objetivo que combina una medida de: (1) el ajuste de la data sísmica calculada y observada, (2) la proximidad de las propiedades elásticas a las relaciones petrofísicas calibradas para el área y (3) el ajuste de la configuración de parámetros del reservorio a la información previa. La función objetivo se minimiza para obtener una configuración óptima de los parámetros del modelo en base de los criterios mencionados. Además, la inversión fue validada con datos reales obtenidos de un reservorio de gas. Los resultados incluyen la estimación de las seis propiedades, sus coeficientes de correlación, cálculos de la resolución, e incertidumbre de la estimación. También se elaboraron secciones de los módulos elásticos y estimamos la presión de poro y presión efectiva para evaluar situaciones de riesgo en la planificación de pozos y estabilidad de los mismos.

This project applies a seismic inversion technique that links medium properties through a petrophysical model, calibrated to well logs. Our method allows estimating a joint configuration of reservoir and elastic medium parameters, such as water saturation, clay content, porosity, compressional velocity, shear velocity, bulk density. To solve the inversion problem we formulate an objective function that combines a measure of the proximity between: (1) the observed and calculated seismic data, (2) the elastic medium properties and the petrophysical expectation, and (3) the reservoir configuration fitting to prior information. The inversion is validated using synthetic data, generated from the convolution of a source wavelet with the reflectivity series generated by solving Zoeppritz equations. Furthermore the inversion was validated with real data obtained from a gas reservoir. The results include the estimation of the six properties, their correlation coefficients, calculations of the resolution and uncertainty of the estimate. We also estimated the elastic moduli and used the Eatons method to evaluate the pore pressure and the effective pressures for assessing risk situations in the planning of wells as well as their stability.

Methodology for the estimation of seismic damage in school buildings of Venezuela by fragility cu

Se presenta una metodología simplificada que permite desarrollar curvas de fragilidad para caracterizar la vulnerabilidad sísmica de los edificios escolares venezolanos, fundamentada en la hipótesis de que los edificios fueron diseñados y construidos acorde a lo establecido en las normas sísmicas vigentes para el momento de su construcción. Con base en esto se desarrollan curvas bilineales de capacidad sobre las cuales se definen cinco estados de daños. Para cada estado de daño se determinan las curvas de fragilidad sísmica las cuales representan la probabilidad de alcanzar o exceder un estado de daño dado un valor de la aceleración del terreno. La curva de fragilidad se describe mediante una distribución lognormal en la cual los valores medios de la aceleración del terreno asociados con el inicio de cada estado de daño son determinados en función del tipo de escuela y de las condiciones de suelo en el sitio de ubicación. Las curvas de fragilidad fueron calibradas y ajustadas a partir de la información proveniente de los efectos del sismo de Cariaco de 1997 sobre 19 escuelas localizadas en el estado Sucre en las cuales se poseía información sobre los daños ocurridos y sobre el tipo constructivo y el tipo de suelo en el sitio de ubicación de cada escuela. Los daños estimados con la metodología aquí desarrollada se ajustan razonablemente a los daños observados. Las curvas de fragilidad permiten la estimación de daños y pérdidas debidas a sismos futuros y la evaluación del riesgo sísmico con fines de priorización y gestión de riesgo.

This paper presents a simplified methodology that allows developing fragility curves to characterize the seismic vulnerability of Venezuelan school buildings, based on the hypothesis that school buildings were designed and built according to the seismic provisions at the time of construction. On this basis bilinear capacity curves are developed on which five damage states are defined. For each damages, state seismic fragility curves are determined, which represent the probability of reaching or exceeding a damage state for a given value of peak ground acceleration. A Fragility curve is described by a lognormal distribution in which the average values of the ground acceleration associated with each damage state are determined depending on the type of school and the soil at the location site. Fragility curves were calibrated and adjusted using the information obtained from the effects of the 1997 Cariaco earthquake on 19 schools located in the Sucre State for which information regarding observed damages, construction type and soil type on the site of location of each school was available. The damage estimated with the methodology developed herein reasonably conforms to the observed damage. The fragility curves are used to estimate damage and losses due to future earthquakes and assess seismic risk levels for purposes of prioritization and risk management.

Numerical solution of turbulent flow equations based on characteristic lines by means of the finite element method: Part one: Full structured multi-block domains

En este artículo son presentados los resultados obtenidos de la aplicación de un código computacional que permite resolver las ecuaciones de Navier-Stokes, continuidad y energía que rigen el flujo turbulento de un fluido newtoniano monofásico. El código fue desarrollado completamente por el autor en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Central de Venezuela y utiliza el método del Elemento Finito. De forma particular fue adoptada una estrategia de solución basada en trayectorias características que fue aplicada a mallas cuyos nodos permanecen fijos en el tiempo. En cada instante, se aplica una técnica de paso de tiempo fraccionado en la cual las ecuaciones diferenciales son resueltas de forma secuencial siendo garantizada la condición de Courant durante cada paso. Con el propósito de evaluar el desempeño de la metodología computacional desarrollada en una primera etapa, ésta fue aplicada para resolver el campo de flujo turbulento bidimensional incompresible e isotérmico, transversal a un cilindro circular donde el dominio de cálculo fue subdividido en un número determinado de bloques estructurados. El número de elementos de frontera entre dos bloques en conexión es el mismo, de forma que la malla resultante es estructurada en su totalidad. La solución obtenida es comparada con datos experimentales y numéricos apropiados para la geometría estudiada.

This paper presents the results obtained by the application of a homemade computational code based on the finite element method for solving the Navier-Stokes, continuity and energy equations derived from the turbulent flow of a single phase Newtonian fluid. This code was completely developed by the author at the Mechanical Engineering School of University Central de Venezuela. A specific strategy based on characteristic lines was selected and applied to time-fixed grids. A fractional time step was used to solve the partial differential equations in a sequential scheme, showing good damping performances, based on the Courant condition applied during the whole calculation. In order to evaluate the performance of the computational code at its first stage, the bi-dimensional, turbulent, incompressible and isothermal cross flow around a circular cylinder was solved. The computational domain was divided in a predetermined number of blocks. Since the common frontiers between a pair of blocks match each other with the same number of boundary elements, a full structured grid of the whole domain was obtained. The solution was compared with experimental and numerical results suitable for the geometry analyzed.

Evaluation of several successive substitution algorithm for gas-liquid equilibrium with equations of state

Los cálculos de equilibrio líquido-vapor con ecuaciones de estado son ampliamente utilizados en la industria petrolera y consumen gran cantidad de tiempo en las simulaciones numéricas. Por esta razón, en el presente trabajo se estudian los principales modelos de cálculo flash basados en sustituciones sucesivas y las diferentes partes que conforman estos algoritmos. Los análisis son realizados sobre los diferentes métodos para determinar la fracción de vapor, correlaciones para estimar las constantes de equilibrio y las diferentes propuestas para actualizar las relaciones de equilibrio en el proceso iterativo. Los resultados de la evaluación muestran que el método de Leibovici- Neoschil con la rutina de Newton-Raphson, es la opción más eficiente para determinar la fracción de vapor, ya que requiere un menor número de iteraciones y, por ende, un menor tiempo de cómputo. Para las sensibilidades realizadas con respecto al tipo de correlación utilizada para estimar las relaciones de equilibrio iniciales, se encontró que la propuesta de Wilson es la más efectiva, ya que se obtiene la convergencia de un mayor número de casos. Del análisis de los métodos acelerados de Risnes-Jessen, Mehra y Crowe-Nishio para la actualización de las relaciones de equilibrio se pudo concluir que el algoritmo de Mehra tipo I es el más rápido de todas las opciones, sin llegar a converger en ningún caso a la solución trivial. Por último, se propone un nuevo algoritmo que combina los métodos de Crowe-Nishio, Mehra tipo I y Leibovici, y con el cual se obtiene convergencia de un 100 % de los casos y el menor tiempo de cómputo con respecto a las metodologías bajo estudio.

The calculations of vapor-liquid equilibrium with equations of state are widely used in the oil industry, and they consume a lot time in numerical simulations. Therefore, in this paper several flash calculation models based on successive substitutions and the different parts that defines these algorithms are studied. Basically, the evaluations are performed with different methods to determine the fraction of vapor, correlations to estimate the equilibrium constants and the various proposals for upgrading equilibrium ratios in the iterative process. The results of the evaluation show that the method of Leibovici-Neoschil with Newton-Raphson routine is the most efficient way to determine the fraction of vapor since it requires fewer iterations and time. Sensitivity analyses are performed considering the correlation used to estimate initial equilibrium relationships. It has been found that Wilsons proposal is the most effective since the convergence has been achieved in a greater number of cases. The analysis of the accelerated methods of Risnes-Jessen, Mehra et al. and Crowe Nishio of updating the equilibrium relationships could conclude that the type I algorithm of Mehra is the fastest of all the options, without having to converge in any case to the trivial solution. Finally, a new algorithm which combines the methods from Crowe Nishio, Mehra type I and Leibovici has been proposed. With this model the convergence is achieved in 100% of the cases. Additionally, the computation time is lower than any of the other methods under study.

Design proposal and estimate of the initial investment of a processing plant organic - mineral fertilizer with the use of vermicompost

El problema que representa la disposición y almacenamiento de los residuos vegetales en las ciudades, aunado a las malas prácticas agrícolas de agregar al suelo biomasa lignocelulósica fresca, la cual es inmovilizada por los microorganismos que la degradan conllevó al uso de la técnica de vermicompostaje y la utilización de roca fosfática como proveedor de fósforo al suelo para la obtención de un abono orgánico-mineral. Para tal efecto, se elaboró la ingeniería conceptual de una planta procesadora de abono orgánico - mineral a partir de vermicompost a la cual se le realizó una estimación de costos clase IV (margen de error permitida del 20 al 25%) para determinar la inversión inicial. La capacidad de la planta contempla la producción de 240 ton/año de abonos orgánico-minerales considerando tres fórmulas principales: inicio, desarrollo y floración-fructificación. Las fórmulas se diferenciarán por el contenido en Sulpomag® de cada uno de los productos, una vez que se haya obtenido el vermicompost enriquecido con fosforita. La ingeniería conceptual realizada establece la separación de la planta en tres secciones principales: preparación del sustrato, reacción, separación y acondicionamiento del producto.

In this paper we consider the problem of the disposal and storage of green waste in cities, coupled with poor agricultural practices of lignocelluloses biomass fresh added to the soil, which is immobilized by microorganisms that degrade it (Villalba, 2005). For this reason, the use of vermicomposting technology and phosphate rock as a supplier of phosphorus to the soil to obtain an organic-mineral fertilizer is suggested. To this aim, a conceptual engineering study along with a class IV estimate (i.e., with 20 to 25% error range permitted) of the initial investment in a processing plant organic - mineral fertilizer from vermicompost, was developed. The plant capacity will be able to produce 240 ton / year of organic-mineral fertilizers, by considering three main actions: initiation, development and flowering-fruiting. The formulas differ on the Sulpomag ® content in each of the products, once the vermicompost enriched with phosphate rock are obtained. The Conceptual engineering performed provides for the separation of the plant in three main sections: substrate preparation, reaction, separation and the packaging of products.

Hydrocarbon mass transfer in capillary tubes: 1D transient model with moving boundaries

Se modeló la difusión de CO2 en un hidrocarburo contenido en tubos capilares de vidrio, cilíndricos y cuadrados, resolviendo numéricamente un modelo matemático de difusión unidimensional y transitoria con frontera móvil. Los resultados del modelo se validaron con datos experimentales de ascenso de la interfase líquido-gas, obtenidos al inyectar CO2 por la parte superior de un capilar, que contenía n-decano líquido. Los resultados muestran que la velocidad de ascenso de la frontera es mayor en el capilar cuadrado y que el modelo se puede ajustar definiendo un parámetro de relación de flujos hidrocarburo/CO2 variable en el tiempo, que en el caso del capilar cuadrado representa la contribución de la presencia de la esquina con una relación de flujos negativa, cuyo significado es que los filamentos de líquido que se forman en la esquina del capilar cuadrado, inducen el movimiento del hidrocarburo en sentido opuesto al desplazamiento del CO2. Este hallazgo se extendió para los experimentos realizados por otro autor en n-heptano, n-octano y n-decano a otra presión y temperatura. El efecto convectivo inducido por la esquina se incrementa para las cadenas de hidrocarburo más pequeñas y para las condiciones de presión y temperatura que aumenten la concentración de saturación del soluto, lo cual reduce el ángulo de contacto. Las máximas desviaciones encontradas en la posición de la interfase en capilar cuadrado fueron 10,8%, para CO2/n-octano y 8,3% para CO2/n-heptano, ambas a 25°C y 1000 kPa, esta última contrasta con la desviación (33%) reportada por otro autor para el mismo experimento, con un modelo sólo para la fase líquida, con solución analítica y sin frontera móvil.

The diffusion of CO2 was modeled on a glass capillary tube, with cylindrical and square cross sections, filled with liquid hydrocarbon. A mathematical model of transient one-dimensional diffusion with moving boundary was numerically solved. The model results were validated with experimental data of the rise of a liquid-gas interface, due to the injection of CO2 at the top of a capillary tube filled of liquid n-decane. The results show that the rate of ascent of the boundary is greater at the square capillary and that the model can be adjusted by defining a mass flux ratio parameter hidrocarbon/CO2 variable in time. For the square capillary case, it represents the contribution of the presence of a corner with a negative flux ratio, meaning that the liquid filaments formed in the corner of the square capillary induce the movement of the hydrocarbon in the opposite direction of CO2 movement. This finding was extended to the experiments performed by other author in n-heptane, n-octane and n-decane at different pressure and temperature. The convective effect induced by the corner is stronger for smaller hydrocarbon chains and in the case of specific pressure and temperature conditions that increase the saturation concentration of the solute, which reduces the contact angle and increases the wettability on the solid. The maximum deviations found in the position of the interface inside square capillary were 10.8% and 8.3% for CO2/n-octane to CO2/n-heptane, both at 25°C and 1000 kPa. The latter is in contrast with the deviation (33%) reported by other authors for the same experiment based on a model only for the liquid phase, with analytical solution and without moving boundary.